DE19820707C1 - Emulgiervorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Emulgiervorrichtung zum Emulgieren von zwei Substanzen, die normalerweise keine Mischung miteinander eingehen, insbesondere von Öl und Wasser; DOLLAR A mit einem Gehäuse, das eine Mischkammer umschließt; DOLLAR A die Mischkammer weist Einlässe für die beiden Medien auf; DOLLAR A die Mischkammer weist einen Auslaß für das Emulgat auf; DOLLAR A die Mischkammer ist von kugeliger oder ellipsoider Gestalt; DOLLAR A es ist ein Dorn vorgesehen, der von der Innenfläche der Mischkammer ausgehend in diese hineinragt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Emulgiervorrichtung zum Emulgieren von Medien, die normalerweise nicht miteinander mischbar sind. Dabei kommen insbesondere Wasser und Öl in Betracht. Emulgiervorrichtungen dieser Art sind beispielsweise bekanntgeworden aus DE 39 12 344 A1 und DE 41 39 782 C2.

Es sind Vorrichtungen bekanntgeworden, mit denen sich hieraus eine Emulsion herstellen läßt, die auch eine gewisse Dauerhaftigkeit (Standzeit) aufweist. Derartige Emulsionen erbringen in Verbrennungsmotoren große Vorteile. Sie sind in der Lage, die Kraftstoff-Ausbeute und damit den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors zu steigern, aber auch das Maß der Schadstoffe in den Emissionen zu verringern.

Ein ganz entscheidender Vorteil der Verwendung von Dieselkraftstoff-Wasser- Emulsionen liegt in der Verringerung der Stickoxide sowie der Rußemissionen. Außerdem besteht aufgrund der Rußverringerung die Möglichkeit, die Funktion des Oxidationskatalysators zu verbessern.

Ganz allgemein sind an Emulgiervorrichtungen der eingangs genannten Art die folgenden Anforderungen gestellt:
die zum Herstellen der Emulsion erforderliche Verwirbelung sollte ohne Zuhilfenahme mechanischer (rotierender) Elemente vonstatten gehen;
eine Schaumbildung sollte vermieden werden;
die Emulsion sollte dort erzeugt werden, wo sie tatsächlich benötigt wird, d. h. möglichst unmittelbar im Bereich der Einspritzpumpe;
die Menge der Emulsion sollte dem Verbrauch des Motors anpaßbar sein;
die Emulsion sollte entsprechend der Motorleistung fett oder mager sein, wobei es vor allem erforderlich ist, den Wassergehalt entsprechend den jeweiligen Betriebsbedingungen in feinfühliger Weise zu steuern;
der bauliche Aufwand der Vorrichtung sollte möglichst gering gehalten werden, um die Herstellungskosten klein zu halten.

Diese Anforderungen werden von bekannten Emulgiervorrichtungen nur ungenügend erfüllt. Insbesondere haben die bekannten Geräte zum Erzeugen der Verwirbelung rotierende Teile in der Mischkammer. Deshalb läßt sich eine Schaumbildung nicht vermeiden. Diese ist jedoch besonders nachteilig, weil hierdurch der Flammpunkt erhöht und damit die Selbstzündung verzögert wird.

Außerdem ist das Volumen der mit bekannten Vorrichtungen erzeugten Emulsion relativ groß, was bei häufigem Wechsel der Lastbereiche zu Ungenauigkeiten der dosierten Menge führt. Schließlich muß die benötigte Menge an Emulgat auf Vorrat erzeugt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Emulgiervorrichtung zu gestalten, daß die Vermischung der beiden Substanzen so perfekt wie möglich wird, wobei insbesondere die Tropfengröße verringert werden soll, jegliche Schaumbildung unterbleibt, jegliche sich bewegende Einbauten vermieden werden und der konstruktive Aufbau und damit auch die Herstellungskosten gegenüber bekannten Vorrichtungen verringert werden. Insbesondere soll die Baugröße der Emulgiervorrichtung gegenüber bekannten Vorrichtungen verkleinert werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Der Erfinder hat dabei die folgenden Grundgedanken verfolgt: Er hat sich zunächst mit dem grundsätzlichen Aufbau der Emulgiervorrichtung befaßt mit dem Bemühen, deren Geometrie zu verbessern, um den Emulgierprozeß zu optimieren.

Er hat sich weiterhin um eine kompakte Bauweise durch modularen Aufbau bemüht.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht durch ein Emulgier-Modul.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf das Emulgier-Modul gemäß Fig. 1.

Fig. 3 veranschaulicht die Anordnung der Einspritzdüsen.

Fig. 4 und 5 zeigen den oberen und den unteren Mischkammerkörper des Moduls.

Die Fig. 6 bis 11 veranschaulichen eine weitere Ausführungsform eines Emulgier-Moduls. Dabei entsprechen die Fig. 6 bis 10 den Fig. 1 bis 5, während Fig. 11 eine Einzelheit darstellt.

Die Fig. 12 bis 14 veranschaulichen Möglichkeiten von modularen Aufbauten.

Fig. 15 zeigt ein Modul in perspektivischer Darstellung.

Die Fig. 16 und 17 sind Schaltbilder von Emulgieranlagen.

Das in den Fig. 1 bis 5 dargestellte Modul 1 umfaßt zwei Mischkammerkörper 1.1 und 1.2. Diese umschließen eine Mischkammer 3. Diese hat im vorliegenden Falle Kugelform. Die beiden Mischkammerkörper 1.1 und 1.2 sind in einem Gehäuse 4 angeordnet. Die Mischkammer 3 wird gespeist von einem Gemisch aus Diesekraftstoff und Wasser. Dies wird über Zufuhrkanäle 4.1, 4.2, 4.3 und 4.4 zugeführt.

Fig. 3 läßt erkennen, daß der Mischkammer 3 Ringdüsen 5.1, 5.2 usw. bis 5.6 vorgeschalten sind. Von denen in Fig. 1 nur die Ringdüsen 5.1 und 5.6 erkennbar sind.

Die Düsen sind unter einem gewissen Winkel in Bezug auf den Mittelpunkt der kugelligen Mischkammer 3 angeordnet. Im vorliegenden Falle verläuft beispielsweise die Ringdüse 5.6 unter einem Winkel von 30° zur Horizontalen. Die anderen Düsen sind unter einem entsprechenden Winkel angeordnet. Auch andere Winkel wären denkbar. Auch ist es möglich, die einzelnen Düsen unter verschieden großen Winkeln anzuordnen.

In die Mischkammer 3 ragt ein Dorn 3.1 hinein. Dieser ist am oberen Mischkammerkörper 1.1 befestigt. Im vorliegenden Falle ist er in diesen eingeschraubt - siehe Fig. 4. Dorn 3.1 hat die Form eines extrem spitzen Kegels. Über ihn soll später noch etwas ausgesagt werden.

Während Teilströme des genannten Gemisches über die Kanäle 4.1 bis 4.4 in die Mischkammer 3 eintreten, verläßt ein Emulgatstrom die Mischkammer 3 durch einen Auslaß 6. Dieser hat im vorliegenden Falle die Gestalt einer Venturidüse. Im Bereich des Austritts 6 ist das Modul mit einem Deckel 7 versehen, der eine Bohrung entsprechend dem Auslaß 6 aufweist.

Der Dorn 3.1 kann je nach den Umständen unterschiedlich lang und auch unterschiedlich dick sein. Im vorliegenden Falle reicht er bis an das Mundstück des Auslasses heran. Er braucht sich jedoch auch nur bis zum Zentrum der kugelligen Mischkammer zu erstrecken, oder noch kürzer zu sein.

Durch die Ringdüsen 5.1 bis 5.6 gemäß Fig. 3 kann sowohl ein Gemisch aus Wasser und Kraftstoff in die Mischkammer 3 eingeleitet werden. Stattdessen können aber auch Wasser und Kraftstoff separat eingeleitet werden, von einem vorgeschalteten Dosiergerät bereits dosiert.

Der zentrale Führungsdorn 3.1 fördert die Rotation und den geregelten Ablauf des gesamten Vorganges. Die rotierende Masse erreicht im unteren Teil der Mischkammer kurz vor dem Eintritt in den venturiartig gestalteten Auslaß 6 ihren höchsten Druck, und sodann in der Venturidüse 6 selbst ihre höchste Geschwindigkeit bei gleichzeitigem Druckabfall. Der Druckabfall dient der Konsolidierung des Emulsionszustandes.

Bei der zweiten Ausführungsform gemäß der Fig. 8 bis 11 weist der Dorn 3.1 an seinem Ende eine kleine Kugel 3.2 auf.

Eine besonders interessante Ausführungsform ist in Fig. 11 dargestellt. Dabei trägt der Dorn 3.1 in seinem Inneren einen Schaft 3.3, und dieser wiederum trägt an seinem unteren Ende die Kugel 3.2. Schaft 3.3 ist aus dem Dorn 3.1 um ein gewisses Maß - in vorliegendem Falle um 3 mm - ausfahrbar. Die kleine Kugel 3.2 wirkt somit als Überströmventil.

Die Ausführungsform des Dornes 3.1 mit der kleinen Kugel 3.2 ist besonders für große Volumina und große Baugrößen geeignet.

Die Ausführungsform mit dem ein- und ausfahrbaren Schaft 3.3 mit der kleinen Kugel 3.2 ist besonders geeignet bei wechselnden Lasten, somit bei stark schwankenden Durchflußgeschwindigkeiten.

Wie man aus Fig. 12 erkennt, lassen sich bei entsprechender Gestaltung der Module zwei oder mehrere solcher Module unmittelbar aneinander fügen, so daß eine kompakte Baueinheit entsteht.

Eine solche Baueinheit ist besonders gut aus Fig. 14 erkennbar. Dort sind vier Module zusammengeschaltet. Wie man sieht, sind dabei die Reaktionskammern kugelig.

Diese Zusammenfügung von Einzelmodulen führt zu einer Stufenschaltung, und damit zu einem besonders hochwertigen Emulgat. Man erkennt den Eintritt I des Gemisches und den Austritt II des Emulgats.

Fig. 15 zeigt in einer gegenüber Fig. 14 vergrößerten Darstellung ein einzelnes Modul.

Die Fig. 16 und 17 veranschaulichen die Schaltung einer Emulgieranlage, und zwar einmal für den mobilen Einsatz (Fig. 16), und einmal für den stationären Einsatz (Fig. 17).

Claims (3)

1. Emulgiervorrichtung zum Emulgieren zweier Substanzen, insbesondere von Öl und Wasser, mit einem Gehäuse (1.1, 1.2), das eine kugelige oder ellipsoide Mischkammer umschließt, mit Einlässen (5.1 bis 5.6) in die Mischkammer für die beiden Substanzen in der Wand der Mischkammer, die als Düsen ausgebildet sind, mit einem Auslaß (6) aus der Mischkammer für das Emulgat, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dorn vorgesehen ist, der von der Innenwand der Mischkammer ausgehend in diese hineinragt, und der im wesentlichen die Gestalt eines Spitzkegels hat, daß der Auslaß gegenüber dem Dorn mit ihm fluchtend angeordnet ist und im wesentlichen die Gestalt einer Venturidüse aufweist, und daß die Düsen am Umfang der Mischkammer gleichmäßig verteilt und koaxial um den Dorn herum angeordnet sind.

2. Emulgiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn an seinem freien Ende ein Kugel (3.2) aufweist.

3. Emulgiervorrichtung zum Emulgieren von zwei Medien, die sich normalerweise nicht miteinander mischen, insbesondere von Öl und von Wasser, insbesondere nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, daß die Einlässe (5.1 bis 5.6) und die Auslässe (6) derart gestaltet sind, daß eine Mehrzahl von Emulgiervorrichtungen modulartig zusammenfügbar ist.